綜采工作面回收煤柱過風橋技術研究與應用

白二權

(晉城無煙煤礦業集團有限責任公司 鳳凰山礦，山西 晉城 048007)

綜采工作面過風橋是煤礦回收煤柱過程中常遇的一項技術難題。隨著綜采工作面向風橋不斷推進，受超前支承壓力影響, 風橋圍巖穩定性下降,易發生冒頂、壓架等安全事故，同時會減緩綜采工作面推進速度、延長循環周期，頂板來壓顯現，對頂板控制、巷道支護帶來極大考驗[1-3]。

1 概 況

1.1 礦井概況

鳳凰山礦是一座年設計生產能力為400萬t的現代化礦井，井田總面積為29.348 5 km2，采用斜井開拓方式，可采煤層3號、9號、15號，到2007年底，3號煤層回采結束；目前主采15號煤層，井下布置2個綜采工作面和3個綜掘工作面，礦井絕對瓦斯涌出量為22.56 m3/min，相對涌出量為4.35 m3/t，3號、9號煤自燃傾向性等級為Ⅲ級，不易自燃；15號煤自燃傾向性等級為Ⅱ級自燃。9號、15號煤塵均不具有爆炸危險性，水文地質類型為中等。目前，鳳凰山礦因資源枯竭，已進入收尾末期，依據礦井規劃，現階段井下各系統正在進行階段性收縮。

1.2 工作面概況

二水平煤柱回收綜采工作面設計一階段可采長度：652.79 m，可采寬度：113.95 m；工作面煤層厚度為1.17～1.83 m，平均厚度1.50 m，煤層傾角為0～6°，平均3°。工作面煤層無偽頂，直接頂為K4上石灰巖，厚度0.12～0.45 m，平均0.24 m。老頂為細砂巖，厚度2.63～8.27 m，平均5.31 m。工作面采用“三進一回”的“W”型通風方式，其中二水平煤柱回收綜采工作面軌道巷、二水平煤柱回收綜采工作面膠帶巷、二水平主膠帶巷為進風巷，二水平煤柱回收綜采工作面回風巷為回風巷，工作面采用走向長壁一次采全高全部垮落后退式綜合機械化采煤法。如圖1所示。

圖1 二水平煤柱回收綜采工作面巷道布置

2 回采過程中存在問題

工作面推進至風橋段時，工作面出現了頂板來壓、頂板破碎、底鼓、片幫等現象，無法保證正常循環進度。其表現主要有以下幾點:

1) 頂板來壓明顯。礦壓顯現速度較快，在短時間內頂板下沉量急劇加大，同時發生底鼓、片幫現象，造成安全出口不足，端頭架拉移困難;巷道高度不足，破碎機、轉載機等機電設備機身部分與頂板支護相接;超前支護段單體液壓支柱變形，直線度和迎山角度無法保證[4]。

2) 巷道原有超前支護遭到破壞。工作面推進至風橋段時，受前方支承壓力影響，工作面進、回風巷原有超前支護發生彎曲、變形，支護力下降[5]。

3) 大面積頂板破碎。風橋段處于支承壓力高峰區，易造成頂板破碎，支架的反復升降操對頂板造成破壞，造成大量煤渣掉落，加大了職工勞動量，影響了推進進度[6-7]。

綜上所述，工作面過風橋時的困難主要集中在兩點:一是巷道支護無法保證，二是正常循環進度無法保證，二者相互作用，形成惡性循環，給正常生產造成不良影響[8-10]。

3 過風橋技術研究

3.1 過風橋前期準備工作

為保證工作面推進至風橋期間作業安全，提前對風橋進行充填支護。現以IX1316回風橫川(頂風橋)為例，具體如下：

1) IX1316回風橫川煤層頂部以上巷道采用沿巷道底板鋪設金屬菱形網的方式制造人工假頂，采用10號鐵絲編制而成的經緯形金屬網，規格為JW10/50×50-1.6×6.0，網孔規格為50 mm×50 mm，網間采用對接形式，采用雙股16號鐵絲每隔100 mm一道聯緊。并在網下鋪設直徑不小于15.5 mm鋼絲繩，間距600 mm，共鋪設5根，每隔1 m采用雙股16號鐵絲與經緯網聯緊。采用在巷道幫部打注錨桿的方式固定金屬菱形網假頂，錨桿采用MSGLW-400/18×750高強度螺紋桿錨桿，鉆孔直徑28 mm，采用半支MSK2360型錨固劑，錨桿與巷幫垂直，間距3 m，采用配套托盤、鐵絲將金屬菱形網假頂固定牢固。

2) IX1316回風橫川與煤層交叉段采用沿煤層輪廓線架設無腿棚的方式制造人工假頂，無腿棚梁采用直徑不小于200 mm紅松圓木，棚距1.5 m，棚鉤采用直徑30 mm的圓鋼加工而成，長度1 000 mm，施工時無腿棚鉤外露不大于200 mm，棚梁搭在棚鉤上長度為100～150 mm，無腿棚鉤與巷幫垂直打注，無腿棚下沿距煤層底板不大于2.2 m。套好無腿棚后，在無腿棚上方鋪設金屬網，采用10號鐵絲編制而成的經緯形金屬網，規格為JW10/50×50-1.6×6.0，網孔規格為50 mm×50 mm，網間采用對接形式，采用雙股16號鐵絲每隔100 mm一道聯緊，并用耙釘、鐵釘將金屬菱形網與無腿棚固定牢固。如圖2所示。

圖2 IX1316回風橫川填充施工

3) 對IX1316回風橫川與二水平主膠帶巷交叉處的風橋墻體進行拆除施工。拆除墻體時，先在橫川風橋下、二水平主膠帶巷內支設兩排液柱板梁棚，棚梁采用直徑不小于200 mm的紅松板梁，長度3.5 m，保證一梁三柱；并支設兩個木垛進行加強支護，如圖3所示。

圖3 拆風橋墻體前加強支護示意(mm)

4) 然后逐道拆除風橋墻體，每拆完一道后在原墻體位置支設一排單體柱板梁棚。棚梁采用直徑不小于200 mm的紅松板梁，長度3.5 m，保證一梁三柱。單體柱板梁棚與巷道幫部采用2 m的板梁或背板進行背幫，背幫時，應避開柱芯與柱筒接觸處。根據現場需要，棚梁梁頭與煤體接觸處采用風鎬進行支挖開槽確保尺寸如圖4所示。

圖4 拆風橋墻體后支護示意(mm)

5) IX1316回風橫川煤巷段采用沿煤層頂板架設單體柱板梁棚的方式進行充填施工。板梁棚與回采方向平行，棚距750 mm，板梁棚采用長4 m或55 m板梁，配合DW22-250/100X或DW25-250/100X型單體液壓支柱支護，一梁三柱，工作面方向板梁棚懸臂500 mm，如圖5所示。

圖5 IX1316回風橫川煤巷段填充施工(mm)

3.2 過風橋期間施工要求

1) 工作面距IX1316回風橫川30 m前，對風橋與巷道交叉點采用四架單體柱板梁棚進行加強支護，板梁采用長4 m的紅松板梁，配合DW22-250/100X或DW25-250/100X型號單體柱進行支護，保證一梁三柱。

2) 在工作面回采距空巷20 m時，進行放排瓦斯，拆除通風設施。同時測量空巷實際高度，將工作面采高與空巷高度隨平，防止出現臺階，影響正常生產。

3) 工作面距IX1316回風橫川10 m時，將工作面采高調整至2.0±0.1 m，并對支架進行拔節，保證支護有效，空巷段與正常段交接處隨平。同時調斜工作面至機頭超前機尾3～10 m，減小工作面一次揭露空巷面積。

4) 過空巷前，在二水平煤柱回收綜采工作面軌道巷內，IX1227巷向外10～15 m備用2×5.5 kW風機2臺及配套設施，600 mm風筒不少于100 m(配套褲衩)。

3.3 過風橋超高段期間技術要求

1) 合理控制工作面推進速度，保持平行推進或機頭慢機尾快地快速推進，以減少風橋揭露面積和時間。

2) 在風橋揭露位置及巷道風橋位置掛警戒帶攔人，防止無關人員進入。

3) 割煤時，嚴禁有人進入風橋作業，揭露位置前后10 m范圍內不得進入煤幫側作業，采煤機停機位置避開上述區域。如必須進入煤幫作業的，必須在工作面支柱背幫后進入。

4) 采煤機割透風橋時，及時拉架將風橋內支設的棚梁用支架頂梁端住，然后一次性回取影響一次循環機組通過的單體柱，必要時可拉超前架端板梁棚。

5) 工作面停產期間，由于片幫造成風橋內板梁棚梁頭與工作面支架頂梁空頂距離在0.6 m以下時，不需進行補強支護，距離超過0.6 m時拉超前架保證空頂距離，拉架后仍超過0.6 m時，在支架頂梁前支設單體柱維護頂板，單體柱支設在板梁梁頭與支架正中處，每架支設兩根單體柱，柱距0.75 m。

6) 過風橋時，如支架端無腿棚后支架無法升緊時，必須在無腿棚上進行勾頂，風橋內頂板出現破碎、離層、垮落造成支架不接頂時，必須在支架上勾頂保證支架接頂。

7) 工作面過風橋時，要在風橋進風側搭設風障進行控風，避免工作面風流短路。

8) 過IX1316回風橫川時，待工作面將風橋割透，造成IX1316回風橫川巷道堵塞，風量不足時，開啟風機，延伸風筒至距工作面不大于10 m處，對IX1316回風橫川進行供風，并在風筒出口前方設置柵欄，防止人員進入，防止割煤時頂板垮落造成IX1316回風橫川無風微風導致通風瓦斯事故。

9) 風橋開啟后，現場三員進入風橋內檢查支護、通風、積水等情況，有異常及時處理，處理后方可繼續作業。

10) 過風橋期間，工作面割煤作業時，要加強頂幫觀察，機組司機遠距離操作，對出現片幫預兆時，人員及時躲避，防止片幫傷人。

11) 過風橋期間，空巷范圍內的支柱要一次回取影響一個循環進度割煤的柱，盡量避免頻繁進入風橋內作業。

3.4 過風橋平巷段期間技術要求

1) 過風橋平巷段期間，所有液壓支架保證完好，嚴密接頂，初撐力達到額定值。

2) 工作面要保證快速推進，減少在空巷下的停留時間，以免空頂大、時間長、造成漏頂事故。

3) 嚴密監視老頂來壓，如支架不接頂，應及時剎頂，防止漏頂事故發生。

4) 機組司機嚴格控制采高，嚴禁留頂煤開采，避免支架接頂困難。

5) 在拉架作業時，適當地減少工作面支架降架量，緊貼頂板進行帶壓拉架，最大限度降低拉架過程對頂板的破壞。

6) 做好礦壓觀測，了解來壓規律，對重點區域進行補強支護。

4 結 語

由于二水平煤柱回收綜采工作面總體長度較長，風橋較多，影響推進范圍大，過風橋期間遇到諸多不利因素，在采取一系列措施后最終順利通過風橋，在對推進過程中出現的問題進行總結，對以后出現類似過風橋時提出以下建議：

1) 在揭露風橋之前，要對工作面和風橋內的頂、底板高程計算準確，根據計算結果，對過風橋困難區段實施重點管理和調整。機組要根據風橋情況合理調整采高，在風橋內將工作面底板調平。

2) 根據生產和地質條件需要，在過風橋期間要保證推進的連續性，強化支護管理，減少空頂不利因素影響。

3) 在需對風橋內制作人工假頂時，要對高冒區巖性充分了解，根據頂板巖性及煤層裂隙發育情況，及時調整支護方案，保證人工假頂達到足夠的支護強度。